CN107359691B - 一种便携式太阳能无线充电装置及方法 - Google Patents
一种便携式太阳能无线充电装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107359691B CN107359691B CN201710806228.3A CN201710806228A CN107359691B CN 107359691 B CN107359691 B CN 107359691B CN 201710806228 A CN201710806228 A CN 201710806228A CN 107359691 B CN107359691 B CN 107359691B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- module
- wireless charging
- voltage
- electric energy
- charging device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims abstract description 66
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 46
- 230000008030 elimination Effects 0.000 claims abstract description 19
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 claims abstract description 19
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 30
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 27
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 11
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 10
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 10
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 10
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 claims description 9
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 8
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims description 4
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 4
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 3
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 claims description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 230000006870 function Effects 0.000 description 6
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 4
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 101150113197 CMAH gene Proteins 0.000 description 1
- 241001134453 Lista Species 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 210000000352 storage cell Anatomy 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
- H02J7/35—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
- H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/80—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the exchange of data, concerning supply or distribution of electric power, between transmitting devices and receiving devices
-
- H02J7/025—
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
- H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
- H02S40/30—Electrical components
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
本发明公开了一种便携式太阳能无线充电装置及方法，装置包括光伏转换模块、环流消除模块、功率跟踪模块、调频载波信号匹配模块、电源管理模块、储能模块以及谐振线圈模块；所述调频载波信号匹配模块通过电源管理模块验证识别能够与本装置进行通信的待充电设备；所述电源管理模块用以采集电能信号并基于最大功率点跟踪策略进行最大功率点跟踪进而使得所述功率跟踪模块控制所述光伏转换模块始终保持以最大功率输出；同时还用以通过控制谐振线圈模块的连接或者断开来启动或者关闭储能模块的无线充电功能即是否以无线的方式向待充电设备传输电能。本发明达到了利用太阳能无线充电技术收集太阳能转化为电能从而节能减排的目的。
Description
技术领域
本发明属于太阳能充电领域，具体涉及一种便携式太阳能无线充电装置及方法。
背景技术
21世纪是世界能源结构发生巨大变革的世纪。由于传统能源(如煤、石油、天然气等)的供给已出现严重短缺局面，人类开始将目光转向可再生能源的发展。因而大规模地开发利用可再生洁净能源，以资源无限、清洁干净的可再生能源为主的多样性的能源结构代替以资源有限、污染严重的传统化石能源为主的能源结构己成为人们关注的焦点。
现如今关于无线充电的方式主要分为电场耦合方式、电磁感应方式、磁共振方式、无线电波方式。虽然现如今无线充电和太阳能充电都发展向好，但将无线充电运用到太阳能充电上的案例很少。
其中，相关技术，如最大功率点跟踪的方法已经有很多种，主要包括恒值电压法、扰动观察法和电导增量法。其中，扰动观察法的结构简单、被测参数少，而电导增量法在外界环境发生迅速变化时，其动态性能和跟踪特性方面比扰动观察法好。但是这三种方法都存在着一个共同的缺点，即步长固定，如果步长过小，就会导致光伏阵列长时间地滞留在低功率输出区；如果步长过大，就会导致系统振荡加剧。
发明内容
鉴于已有技术存在的缺陷，本发明的目的是要提供一种太阳能无线充电设备，以达到利用太阳能无线充电技术收集太阳能转化为电能从而节能减排的目的。
为了实现上述目的，本发明的技术方案：
一种便携式太阳能无线充电装置，其特征在于：
包括光伏转换模块、环流消除模块、功率跟踪模块、调频载波信号匹配模块、电源管理模块、储能模块以及谐振线圈模块；
其中所述光伏转换模块为多组相互并联的太阳能薄膜电池，用以将所接收到的太阳能转换为电能并传输至环流消除模块；
所述环流消除模块与所述光伏转换模块相连接，用以消除各所述太阳能薄膜电池并联后所产生的环流，并将所述光伏转换模块输出的电能传输至功率跟踪模块；
所述功率跟踪模块受控于电源管理模块且与所述环流消除模块相连接，用以对所述光伏转换模块所输出的输出电压进行调整，进而使得所述光伏转换模块始终保持以最大功率输出；
所述调频载波信号匹配模块与电源管理模块相连接，用以基于调频载波信号，通过电源管理模块验证识别能够与本装置进行通信的待充电设备以便于电源管理模块确定是否启动储能模块以无线的方式向其传输或者接收电能，所述待充电设备至少为与所述装置具有相同电路结构的设备；
所述电源管理模块用以采集并预处理所述环流消除模块所输出的电能信号并基于所设定的最大功率点跟踪策略对各所述太阳能薄膜电池进行最大功率点跟踪进而使得所述功率跟踪模块控制所述光伏转换模块始终保持以最大功率输出；同时所述电源管理模块还用以通过控制谐振线圈模块的连接或者断开来启动或者关闭储能模块的无线充电功能即是否以无线的方式向待充电设备传输电能或者接收电能；
与所述电源管理模块相连接，用以储存电能的储能模块；
以及受控于电源管理模块的谐振线圈模块。
进一步的，所述环流消除模块至少包括：
与所述光伏转换模块相连的电压检测单元，其用以检测电能并将测得的电能的输出电压值经过模数转换后将对应的数字信号传送到电压PI调节器；
与电压补偿单元相连的到电压PI调节器，其用以控制所述光伏转换模块的输出电压；
以及用以对所述输出电压进行电压补偿和脉宽调制的电压补偿单元。
更进一步的，所述电压PI调节器用以基于所设定的调整策略，自所述数字信号中选取出其中的最大值作为目标值，将所述光伏转换模块中其他的太阳能薄膜电池所对应的电压信号调整至目标值；所述调整策略包括：步骤11、通过电压检测单元获得某一时间节点下所述光伏转换模块中各薄膜电池所对应的电压信号的输出电压数值，记为un(n＝1,2,…)，，其中n为太阳能薄膜电池所对应的数字序号；步骤12、自该时间节点所对应的所述数字信号中选取出其中的最大值umax；步骤13、将umax设定为目标值；同时分别根据各输出电压数值计算出该时间节点输出电压值与目标值之间的比值kn；步骤14、根据比值kn，计算各自脉宽调制信号的周期及占空比Ac(t)，时间点t的占空比Ac(t)对应的公式为
Ae(t)是误差信号即某一输出电压数值uout与目标值的电压差值，表示为Ae(t)＝umax(t)-uout；
步骤5、基于步骤4对所述输出电压进行电压补偿和脉宽调制。
进一步的，所述调频载波信号匹配模块包括：
用以收发载波信号频率即发出带有匹配信号的无线电波，并能够接收一定频率的电磁波的载波收发单元；
用以通过调节其内部调节回路中可变电容，改变载波收发单元所对应的收发载波信号频率的旋钮单元：其对应的公式如下：
式中，f0为收发载波的电波频率，L、C2分别内部调节回路中LC振荡电路的电感、电容值，且C2为可变电容，Rf，R2，R3分别为内部调节回路中滞回比较电路的反馈电阻和相应的支路电阻；
以及用以指示载波收发单元是否成功匹配相应待充电设备的匹配指示单元；
进一步的，所述电源管理模块包括：
用以采集并预处理所述环流消除模块所输出的电能信号的信号采集单元，所述预处理即对采集到的电能信号进行滤波、降噪处理；
以及用以基于所设定的最大功率点跟踪策略对各所述太阳能薄膜电池进行最大功率点跟踪进而使得所述功率跟踪模块控制所述光伏转换模块始终保持以最大功率输出的主控单元，同时所述主控单元还用以通过控制谐振线圈模块的连接或者断开来启动或者关闭储能模块的无线充电功能即是否以无线的方式向待充电设备传输电能或接收电能。
更进一步的，所述电源管理模块还包括：
用以存储电能信号数据以及载波数字信号数据的数字存储器单元以及用以指示储能模块的电池电量和充放电状态的指示灯单元。
更进一步的，所述最大功率点跟踪策略包括：步骤21、初始化装置参数并控制所述光伏转换模块中各所述太阳能薄膜电池的直流电压输出V等于所设定最大功率点附近电压V0；步骤22、存储经信号采集单元处理后的数据；步骤23、基于步骤22所存储的数据，计算并存储系统功率P的数值；步骤24、基于步骤22、23中的数据，计算判断参数即功率对电压的导数，对应的公式为
且若/>
则确定到达最大功率点，控制所述太阳能薄膜电池的直流电压输出V＝V(k)，若该值若大于1或者/>
则确定未到达最大功率点，调整步长ΔV；步骤25、基于步骤23存储的数据，比较P(k)和P(k-1)，若P(k)大于等于P(k-1)，则执行步骤26；否则执行步骤27；步骤26、利用步骤22的数据，比较V(k)和V(k-1)，若V(k)大于等于V(k-1)，控制直流电压输出V(k+1)＝V(k)+ΔV；若V(k)小于V(k-1)，控制直流电压输出V(k+1)＝V(k)-ΔV；返回步骤22；步骤27、利用步骤22的数据，比较V(k)和V(k-1)，若V(k)大于等于V(k-1)，控制直流电压输出V(k+1)＝V(k)-ΔV；若V(k)小于V(k-1)，控制直流电压输出V(k+1)＝V(k)+ΔV；返回步骤22；
进一步的，所述储能模块包括被划分成多个容量和形状相同的储能块的储能区域以及连接各所述储能块并传输不同储能块之间的电能的传输线路。
本发明的另一目的是要提供一种太阳能无线充电方法，其基于至少两个所述便携式太阳能无线充电装置进行相互之间的电能传输，其特征在于，若使得其中一个便携式太阳能无线充电装置A向另一便携式太阳能无线充电装置B进行电能传输，则包括如下步骤：
I、通过便携式太阳能无线充电装置A中调频载波信号匹配模块的旋钮单元使得载波收发单元能够接收或发送带有某一匹配信号即某一频段的调频载波；
II、通过便携式太阳能无线充电装置B中调频载波信号匹配模块的旋钮单元使得载波收发单元能够接收或发送同频段的调频载波；
III、所述调频载波经便携式太阳能无线充电装置A或B中调频载波信号匹配模块接收后存入电源管理模块，若所述调频载波所对应的数字信号与预存数据相匹配，经由电源管理模块的主控单元，控制谐振线圈模块连接；
IV、便携式太阳能无线充电装置A通过谐振线圈模块将储能模块中的电能发送出去；便携式太阳能无线充电装置B的谐振线圈模块接收电能，存储到其相应的储能模块。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明在充分利用太阳能发电的同时，运用无线充电技术，使太阳能充电的便携性大大提高，且依靠电磁谐振无线充电的原理，在不需要固定太阳能板在某一地点的情况下，可以实现积小流，成大海的优点，提高了有限空间内的利用效率，同时该产品便于移动，灵活性高。
附图说明
图1为本发明所述便携式太阳能无线充电装置整体结构框图；
图2为本发明所述实例的太阳能无线充电衣服的正面结构示意图；
图3太阳能无线充电衣服的背面结构示意图；
图4为本发明所述实例的太阳能无线充电衣服的内部展开结构示意图；
图5为本发明所述实例的大型储能电池及谐振接收线圈示意图；
图6为本发明所述实例的载波发射电路及示意图；
图7为本发明所述实例的载波接收电路及示意图；
图8为本发明所述实例的调制解调装置电路图；
图9为本发明所述实例的环流消除模块示意图；
图10为本发明所述实例的电压补偿单元示意图；
图11为本发明所述实例的最大功率点跟踪算法流程图；
图12为本发明所述实例的储能电池原理图。
图中，1、太阳能薄膜电池，2、衣服本体，3、衣服里外连接孔，4、主控单元，5、谐振线圈模块的发射模块，6、谐振线圈模块的接收模块，7、储能模块，A、柔性太阳能薄膜电池，B、调频载波信号匹配模块，C、谐振线圈模块。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1，一种便携式太阳能无线充电装置，其主要包括光伏转换模块、环流消除模块、功率跟踪模块、调频载波信号匹配模块B、电源管理模块、储能模块7以及谐振线圈模块C；
其中为产生较大的电流，需要多组太阳能薄膜电池1并联，即所述光伏转换模块为多组相互并联的太阳能薄膜电池，用以将所接收到的太阳能转换为电能并传输至环流消除模块；进一步优选的，我们选用柔性太阳能薄膜电池A，如图2、图3、图4所示，多组并联，若以衣服为载体，则将柔性太阳能薄膜电池，使用背胶魔术贴粘贴于衣服本体2(其内部设置衣服里外连接孔3)外侧且每组柔性太阳能薄膜电池之间通过衣服本体内侧线路并联连接，用于搜集太阳能并将太阳能转化成电能，传送给环流消除模块；使用背胶魔术贴可以便于柔性太阳能薄膜电池的替换，方便衣服的清洗，让使用者更加方便自由地选择粘贴地点。
所述环流消除模块与所述光伏转换模块相连接，用以消除各所述太阳能薄膜电池并联后所产生的环流，并将所述光伏转换模块输出的电能传输至功率跟踪模块；进一步的，所述环流消除模块如图9所示，其与太阳能薄膜电池的连接关系如图1所示，①为电压PI调节器、②为电压补偿单元、③为电压传感器、④为AD转换器、⑤为电压检测单元、⑥为相应的连接线路；所述环流消除模块至少包括：与所述光伏转换模块相连的电压检测单元，其用以检测电能并将测得的电能的输出电压值经过模数转换后将对应的数字信号传送到电压PI调节器；与电压补偿单元相连的到电压PI调节器，其用以控制所述光伏转换模块的输出电压；以及用以对所述输出电压进行电压补偿和脉宽调制的电压补偿单元，其中，电压检测单元包括电压传感器和模数转换器，电压传感器的输入端与太阳能薄膜电池的输出电路相连，电压传感器能够将测得的输出电压值经过模数转换之后，传送到电压PI调节器；所述模数转换器是一个AD转换器，它的输入端与电压传感器相连，输出端与电压PI调节器相连；所述电压PI调节器是实现电压控制的CPU即中央处理器，即选取其最大值作为目标值，利用微分积分控制的方法，将其余各电压值控制到目标值左右，实现消除环流、补偿电池组内电压差的目的。所述中央处理器为DSP处理器，它的I/O输入与模数转换器相连，I/O输出与电压补偿单元相连。中央处理器能够将电压检测单元测得的输出电压，模数转换之后得到的数字信号进行处理。更进一步的，所述电压PI调节器用以基于所设定的调整策略，自所述数字信号中选取出其中的最大值作为目标值，将所述光伏转换模块中其他的太阳能薄膜电池所对应的电压信号调整至目标值；所述调整策略包括：步骤11、通过电压检测单元获得某一时间节点下所述光伏转换模块中各薄膜电池所对应的电压信号的输出电压数值，记为un(n＝1,2,…)，，其中n为太阳能薄膜电池所对应的数字序号；步骤12、自该时间节点所对应的所述数字信号中选取出其中的最大值umax；步骤13、将umax设定为目标值；同时分别根据各输出电压数值计算出该时间节点输出电压值与目标值之间的比值kn；步骤14、根据比值kn，计算各自脉宽调制信号的周期及占空比Ac(t)，时间点t的占空比Ac(t)对应的公式为
Ae(t)是误差信号即某一输出电压数值uout与目标值的电压差值，表示为Ae(t)＝umax(t)-uout；Δt为采样周期，i是采样时间序列号，fi、gi是关于i的函数，是上述方程中的两个系数，且[1]表示fi、gi对应的系数方程详见参考文件：邓玲.模糊分数阶PID预测函数控制算法在同步电机励磁系统中的应用[D].南京信息工程大学,2013：32-37.；
步骤5、基于步骤4通过电压补偿单元对所述输出电压进行电压补偿和脉宽调制。进一步，电压补偿单元主要包括脉宽调制器和电压补偿器，如图10所示。进一步优选的，脉冲调制器是一个PWM控制芯片，该芯片内置于DSP中央处理器中，它的输入端与电压PI调节器相连，输出端与电压补偿器相连，通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。进一步优选的，电压补偿器是实现直流电压调节的有源可控电路，它直接与脉宽调制器相连，可以实现电压的控制，该电路可以配合PWM控制芯片，通过方波占空比的改变，进而控制输出电压的数值对电池电压进行补偿。综上，所述环流消除模块的有益效果是能够有效地解决并联的太阳能薄膜电池输出电压不同，即由于不同电池间存在电压差容易造成反充，形成环流的难题。利用电压PI调节器控制输出电压的方法，有效地对电压差进行补偿，减小甚至消除电压差，使之无法形成环流。
所述功率跟踪模块受控于电源管理模块且与所述环流消除模块相连接，用以对所述光伏转换模块所输出电能的输出电压进行调整，进而使得所述光伏转换模块始终保持以最大功率输出；进一步优选的，它的输入端与环流消除模块相连，输出端与电源管理模块相连，该模块由电流电压检测模块，模数转换器，中央处理器，PWM控制芯片组成。硬件电路比较简单，不再赘述。
所述调频载波信号匹配模块与电源管理模块相连接，用以基于调频载波信号，通过电源管理模块验证识别能够与本装置进行通信的待充电设备以便于电源管理模块确定是否启动储能模块以无线的方式向其传输电能，所述待充电设备至少为与所述装置具有相同电路结构的设备；进一步的，如图6和图7所示，通过调频载波信号匹配模块接收和发送无线调频载波，将信号调制后发送到外界或将信号解调后送入DSP中央处理器中，中央处理器中对应的调制解调电路如图8所示，具体的，所述调频载波信号匹配模块包括：用以收发载波信号频率即发出带有匹配信号的无线电波，并能够接收一定频率的电磁波的载波收发单元；用以通过调节其内部调节回路中可变电容，改变载波收发单元所对应的收发载波信号频率的旋钮单元：其对应的公式如下：
式中，f0为收发载波的电波频率，L、C2分别内部调节回路中LC振荡电路的电感、电容值，且C2为可变电容，Rf，R2，R3分别为内部调节回路中滞回比较电路的反馈电阻和相应的支路电阻；以及用以指示载波收发单元是否成功匹配相应待充电设备的匹配指示单元；便携式太阳能设备间无线充电装置的调频载波信号匹配模块，综上，所述调频载波信号匹配模块的有益效果是，利用该装置能够通过调频载波信号(实现不同设备间匹配的载体是调频无线载波)，实现不同的充电设备之间的信号匹配，实现设备间有效的识别与验证即确认之后，便可以启动储能模块将电能经由谐振线圈，以无线的方式传输到另一设备，其能够实现设备身份识别，避免电能的浪费并能够解决相关的安全隐患，实现电能的有效传输，进而提升电能无线传输的安全性和可靠性。
所述电源管理模块用以采集并预处理所述环流消除模块所输出的电能信号并基于所设定的最大功率点跟踪策略对各所述太阳能薄膜电池进行最大功率点跟踪进而使得所述功率跟踪模块控制所述光伏转换模块始终保持以最大功率输出；同时所述电源管理模块还用以通过控制谐振线圈模块的连接或者断开来启动或者关闭储能模块的无线充电功能即是否以无线的方式向待充电设备传输电能；进一步的，所述电源管理模块包括：用以采集并预处理所述环流消除模块所输出的电能信号即电压、电流信号的信号采集单元，所述预处理即对采集到的电能信号进行滤波、降噪处理；以及用以基于所设定的最大功率点跟踪策略对各所述太阳能薄膜电池进行最大功率点跟踪进而使得所述功率跟踪模块控制所述光伏转换模块始终保持以最大功率输出的主控单元4，具体指DSP中央处理器，同时所述主控单元还用以通过控制谐振线圈模块的连接或者断开来启动或者关闭储能模块的无线充电功能即是否以无线的方式向待充电设备传输电能。更进一步的，所述电源管理模块还包括：用以存储电能信号数据以及载波数字信号数据的数字存储器单元以及用以指示储能模块的电池电量和充放电状态的指示灯单元。更进一步的，如图11，所述最大功率点跟踪策略包括：步骤21、初始化装置参数并控制所述光伏转换模块中各所述太阳能薄膜电池的直流电压输出V等于所设定最大功率点附近电压V0，由于最大功率点附近电压近似恒定因此所设定最大功率点附近电压V0即电池实测出的最大功率点附近的电压，并容许存在一定容差；步骤22、存储经信号采集单元处理后的数据；步骤23、基于步骤22所存储的数据，计算并存储系统功率P的数值；步骤24、基于步骤22、23中的数据，计算判断参数即功率对电压的导数，对应的公式为
其中k为迭代次数，P(K)第k次的功率值，V(K)第k次的电压值，且若/>
则确定到达最大功率点，控制所述太阳能薄膜电池的直流电压输出V＝V(k)，若该值若大于1或者/>
则确定未到达最大功率点，调整步长ΔV；步骤25、基于步骤23存储的数据，比较P(k)和P(k-1)，若P(k)大于等于P(k-1)，则执行步骤26；否则执行步骤27；步骤26、利用步骤22的数据，比较V(k)和V(k-1)，若V(k)大于等于V(k-1)，控制直流电压输出V(k+1)＝V(k)+ΔV；若V(k)小于V(k-1)，控制直流电压输出V(k+1)＝V(k)-ΔV；返回步骤22；步骤27、利用步骤22的数据，比较V(k)和V(k-1)，若V(k)大于等于V(k-1)，控制直流电压输出V(k+1)＝V(k)-ΔV；若V(k)小于V(k-1)，控制直流电压输出V(k+1)＝V(k)+ΔV；返回步骤22；优选的所述调整步长ΔV是指该值若大于1，说明该点距离最大功率点较远，可变步长ΔV＝0.5；若/>
说明该点距离最大功率点较近，可变步长ΔV＝0.1；综上，该电源管理模块的有益效果是主控单元的处理器能够实现最大功率点跟踪的计算，且能够对于载波信号进行辨识，是整套设备的大脑与核心，即如果没有最大功率跟踪技术，电池组件的输出功率就不能够在任何情况下都达到最佳值，这样就降低了太阳能电池组件的利用率；该模块能够通过多次的判断，改变步长，使得在接近最大功率点附近以较短的步长进行精细搜索并根据计算的功率值与之前时刻功率值的比较，就控制光伏电池输出电压按照一定的步长按相应的方向变化，能够使得输出功率快速跟随最大功率点。
与所述电源管理模块相连接，用以储存电能的储能模块；具体地说是锂电池，其具备基本的充放电能力，体积小，便于携带更进一步的，如图5、图12，所述储能模块包括被划分成多个容量和形状相同的储能块的储能区域以及连接各所述储能块并传输不同储能块之间的电能的传输线路。更进一步的，设定储能区域序号即第一储能区域、第二储能区域、第三储能区域等，若储能区域总容量为CmAh，每个储能块的容量是c mAh，储能区域的储能块分布为长度方向储能块数量为a，宽度方向储能块数量为b；且满足以下关系：
其中，I1为储能模块放电电流，I2为储能模块充电电流，μ为一个经验常数通常为正值。综上，该储能模块的有益效果是，能够使得电能的传输效率更高，实现积少成多的快速充电，使得电能的传输效率最高。更进一步的，由于电能可能有限时，通过设置一定的充电策略对某一或几个储能区域内所包含的充电电池单元充电优先级即充电顺序进行管理，即，使得电流首先流入第一储能区域的充电单元进行充电，然后分流进入第二储能区域的储能单元，接着汇流之后再分流进入第三储能区域的储能单元，以此类推，直到最后电流汇聚到一条输出干路上。储能模块按此方式进行充电，可以提高电流上限，有效提升充电效率。
以及受控于电源管理模块的谐振线圈模块，其包括发射模块5与接收模块6，谐振线圈模块可利用电磁感应原理实现无线充放电。
本发明的另一目的是要提供一种太阳能无线充电方法，其基于至少两个所述便携式太阳能无线充电装置进行相互之间的电能传输，其特征在于，若使得其中一个便携式太阳能无线充电装置A向另一便携式太阳能无线充电装置B进行电能传输，则包括如下步骤：
I、通过便携式太阳能无线充电装置A中调频载波信号匹配模块的旋钮单元使得载波收发单元能够接收或发送带有某一匹配信号即某一频段的调频载波；
II、通过便携式太阳能无线充电装置B中调频载波信号匹配模块的旋钮单元使得载波收发单元能够接收或发送同频段的调频载波；
III、所述调频载波经便携式太阳能无线充电装置A或B中调频载波信号匹配模块经过放大、解调和模数转换，并将转换后的数字信号接收后存入电源管理模块，若所述调频载波所对应的数字信号与预存数据相匹配，经由电源管理模块的主控单元，控制谐振线圈模块连接；
IV、便携式太阳能无线充电装置A通过谐振线圈模块将储能模块中的电能发送出去；便携式太阳能无线充电装置B的谐振线圈模块接收电能，存储到其相应的储能模块；同时电能传输结束后或者装置A、B相距超过一定距离，会自动断开连接，各部件以及相应的指示灯复位。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种便携式太阳能无线充电装置，其特征在于：
包括光伏转换模块、环流消除模块、功率跟踪模块、调频载波信号匹配模块、电源管理模块、储能模块以及谐振线圈模块；
其中所述光伏转换模块为多组相互并联的太阳能薄膜电池，用以将所接收到的太阳能转换为电能并传输至环流消除模块；
所述环流消除模块与所述光伏转换模块相连接，用以消除各所述太阳能薄膜电池并联后所产生的环流，并将所述光伏转换模块输出的电能传输至功率跟踪模块；所述环流消除模块至少包括：
与所述光伏转换模块相连的电压检测单元，其用以检测电能并将测得的电能的输出电压值经过模数转换后将对应的数字信号传送到电压PI调节器；
与电压补偿单元相连的电压PI调节器，其用以控制所述光伏转换模块的输出电压；
以及用以对所述输出电压进行电压补偿和脉宽调制的电压补偿单元；
所述电压PI调节器用以基于所设定的调整策略，自所述数字信号中选取出其中的最大值作为目标值，将所述光伏转换模块中其他的太阳能薄膜电池所对应的电压信号调整至目标值；所述调整策略包括：
步骤11、通过电压检测单元获得某一时间节点下所述光伏转换模块中各薄膜电池所对应的电压信号的输出电压数值，记为un(n＝1,2,…)，其中n为太阳能薄膜电池所对应的数字序号；
步骤12、自该时间节点所对应的所述数字信号中选取出其中的最大值umax；
步骤13、将umax设定为目标值；同时分别根据各输出电压数值计算出该时间节点输出电压值与目标值之间的比值kn；
步骤14、根据比值kn，计算各自脉宽调制信号的周期及占空比Ac(t)，时间点t的占空比Ac(t)对应的公式为
Ae(t)是误差信号即某一输出电压数值uout与目标值的电压差值，表示为Ae(t)＝umax(t)-uout；fi、gi是关于i的函数；
步骤15、基于步骤14对所述输出电压进行电压补偿和脉宽调制；
所述功率跟踪模块受控于电源管理模块且与所述环流消除模块相连接，用以对所述光伏转换模块所输出的输出电压进行调整，进而使得所述光伏转换模块始终保持以最大功率输出；
所述调频载波信号匹配模块与电源管理模块相连接，用以基于调频载波信号，通过电源管理模块验证识别能够与本装置进行通信的待充电设备以便于电源管理模块确定是否启动储能模块以无线的方式向其传输或者接收电能，所述待充电设备至少为与所述装置具有相同电路结构的设备；
所述电源管理模块用以采集并预处理所述环流消除模块所输出的电能信号并基于所设定的最大功率点跟踪策略对各所述太阳能薄膜电池进行最大功率点跟踪进而使得所述功率跟踪模块控制所述光伏转换模块始终保持以最大功率输出；同时所述电源管理模块还用以通过控制谐振线圈模块的连接或者断开来启动或者关闭储能模块的无线充电功能即是否以无线的方式向待充电设备传输电能或者接收电能；
与所述电源管理模块相连接，用以储存电能的储能模块；
以及受控于电源管理模块的谐振线圈模块。
2.根据权利要求1所述的便携式太阳能无线充电装置，其特征在于：
所述调频载波信号匹配模块包括：
用以收发载波信号频率即发出带有匹配信号的无线电波，并能够接收一定频率的电磁波的载波收发单元；
用以通过调节其内部调节回路中可变电容，改变载波收发单元所对应的收发载波信号频率的旋钮单元：其对应的公式如下：
式中，f0为收发载波的电波频率，L、C1、C2分别为内部调节回路中LC振荡电路的电感、电容值，且C1、C2为可变电容，Rf，R2，R3分别为内部调节回路中滞回比较电路的反馈电阻和相应的支路电阻；
以及用以指示载波收发单元是否成功匹配相应待充电设备的匹配指示单元。
3.根据权利要求1所述的便携式太阳能无线充电装置，其特征在于：
所述电源管理模块包括：
用以采集并预处理所述环流消除模块所输出的电能信号的信号采集单元，所述预处理即对采集到的电能信号进行滤波、降噪处理；
以及用以基于所设定的最大功率点跟踪策略对各所述太阳能薄膜电池进行最大功率点跟踪进而使得所述功率跟踪模块控制所述光伏转换模块始终保持以最大功率输出的主控单元，同时所述主控单元还用以通过控制谐振线圈模块的连接或者断开来启动或者关闭储能模块的无线充电功能即是否以无线的方式向待充电设备传输电能或者接收电能。
4.根据权利要求3所述的便携式太阳能无线充电装置，其特征在于：
所述电源管理模块还包括：
用以存储电能信号数据以及载波数字信号数据的数字存储器单元以及用以指示储能模块的电池电量和充放电状态的指示灯单元。
5.根据权利要求3所述的便携式太阳能无线充电装置，其特征在于：
所述最大功率点跟踪策略包括：
步骤21、初始化装置参数并控制所述光伏转换模块中各所述太阳能薄膜电池的直流输出电压V等于所设定的最大功率点附近电压V0；
步骤22、存储经信号采集单元处理后的数据；
步骤23、基于步骤22所存储的数据，计算并存储系统功率P的数值；
步骤24、基于步骤22、23中的数据，计算判断参数即功率对电压的导数，对应的公式为
且若/>
则确定到达最大功率点，控制所述太阳能薄膜电池的直流电压输出V＝V(k)，若该值若大于1或者/>
则确定未到达最大功率点，调整步长ΔV；
步骤25、基于步骤23存储的数据，比较P(k)和P(k-1)，若P(k)大于等于P(k-1)，则执行步骤26；否则执行步骤27；
步骤26、利用步骤22的数据，比较V(k)和V(k-1)，若V(k)大于等于V(k-1)，控制直流电压输出V(k+1)＝V(k)+ΔV；若V(k)小于V(k-1)，控制直流电压输出V(k+1)＝V(k)-ΔV；返回步骤22；
步骤27、利用步骤22的数据，比较V(k)和V(k-1)，若V(k)大于等于V(k-1)，控制直流电压输出V(k+1)＝V(k)-ΔV；若V(k)小于V(k-1)，控制直流电压输出V(k+1)＝V(k)+ΔV；返回步骤22。
6.根据权利要求1所述的便携式太阳能无线充电装置，其特征在于：
所述储能模块包括被划分成多个容量和形状相同的储能块的储能区域以及连接各所述储能块并传输不同储能块之间的电能的传输线路。
7.一种太阳能无线充电方法，其基于至少包括两个权利要求1-6中任意一项权利要求所述的便携式太阳能无线充电装置进行相互之间的电能传输，其特征在于，若使得其中一个便携式太阳能无线充电装置A向另一便携式太阳能无线充电装置B进行电能传输，则包括如下步骤：
I、通过便携式太阳能无线充电装置A中调频载波信号匹配模块的旋钮单元使得载波收发单元能够接收或发送带有某一匹配信号即某一频段的调频载波；
II、通过便携式太阳能无线充电装置B中调频载波信号匹配模块的旋钮单元使得载波收发单元能够接收或发送同频段的调频载波；
III、所述调频载波经便携式太阳能无线充电装置A或B中调频载波信号匹配模块接收后存入电源管理模块，若所述调频载波所对应的数字信号与预存数据相匹配，经由电源管理模块的主控单元，控制谐振线圈模块连接；
IV、便携式太阳能无线充电装置A通过谐振线圈模块将储能模块中的电能发送出去；便携式太阳能无线充电装置B的谐振线圈模块接收电能，存储到其相应的储能模块。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710806228.3A CN107359691B (zh) | 2017-09-08 | 2017-09-08 | 一种便携式太阳能无线充电装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710806228.3A CN107359691B (zh) | 2017-09-08 | 2017-09-08 | 一种便携式太阳能无线充电装置及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107359691A CN107359691A (zh) | 2017-11-17 |
| CN107359691B true CN107359691B (zh) | 2023-07-04 |
Family
ID=60290858
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710806228.3A Active CN107359691B (zh) | 2017-09-08 | 2017-09-08 | 一种便携式太阳能无线充电装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107359691B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109066795A (zh) * | 2018-09-11 | 2018-12-21 | 东北大学 | 一种复合能源无线充电装置 |
| CN109801185A (zh) * | 2019-01-03 | 2019-05-24 | 宁波绿光能源集团有限公司 | 一种便携式发电装置的商业模式 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102709943A (zh) * | 2012-05-24 | 2012-10-03 | 中国矿业大学 | 兼备谐波治理和无功补偿的单级式光伏并网发电控制方法 |
| CN204539047U (zh) * | 2015-04-29 | 2015-08-05 | 广西师范大学 | 一种基于移动互联网的分布式光伏供电装置 |
| CN204883461U (zh) * | 2015-08-26 | 2015-12-16 | 安徽工程大学 | 一种自供电式太阳能控制装置 |
| WO2016168999A1 (zh) * | 2015-04-22 | 2016-10-27 | 阳光电源股份有限公司 | 一种微型光伏逆变器及其控制方法 |
| CN106300700A (zh) * | 2016-09-26 | 2017-01-04 | 江苏天安智联科技股份有限公司 | 一种车载无线充电设备 |
-
2017
- 2017-09-08 CN CN201710806228.3A patent/CN107359691B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102709943A (zh) * | 2012-05-24 | 2012-10-03 | 中国矿业大学 | 兼备谐波治理和无功补偿的单级式光伏并网发电控制方法 |
| WO2016168999A1 (zh) * | 2015-04-22 | 2016-10-27 | 阳光电源股份有限公司 | 一种微型光伏逆变器及其控制方法 |
| CN204539047U (zh) * | 2015-04-29 | 2015-08-05 | 广西师范大学 | 一种基于移动互联网的分布式光伏供电装置 |
| CN204883461U (zh) * | 2015-08-26 | 2015-12-16 | 安徽工程大学 | 一种自供电式太阳能控制装置 |
| CN106300700A (zh) * | 2016-09-26 | 2017-01-04 | 江苏天安智联科技股份有限公司 | 一种车载无线充电设备 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 磁耦合谐振无线电能传输系统中继结构的研究;王浩 等;《东北大学学报》;第37卷(第7期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107359691A (zh) | 2017-11-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Nishimoto et al. | Prototype implementation of ambient RF energy harvesting wireless sensor networks | |
| Tran et al. | High-efficient energy harvester with flexible solar panel for a wearable sensor device | |
| US9425618B2 (en) | Power supply device, electrical storage device, electric vehicle, and electric power system capable of switching between PFC control and MPPT control | |
| US20120161713A1 (en) | Vehicle energy harvesting apparatus and energy management method thereof | |
| US20150214835A1 (en) | Single input multiple input/output supply for energy harvest application | |
| CN109100050A (zh) | 采用温差模块供电的无源无线火电厂壁温测量系统 | |
| CN103337898A (zh) | 一种基于热能与振动能的复合式能量收集微电源电路 | |
| CN107359691B (zh) | 一种便携式太阳能无线充电装置及方法 | |
| Hu et al. | Maximum efficiency tracking for dynamic wireless power transfer system using LCC compensation topology | |
| JP6801708B2 (ja) | 電源装置、充電装置、制御方法、電子機器および電動車両 | |
| Le et al. | Power manager with PID controller in energy harvesting wireless sensor networks | |
| CN102879117A (zh) | 一种采用电场感应供电的隔离开关触头温度在线测量和无线传输装置 | |
| Takitoge et al. | Temperature beat: Persistent and energy harvesting wireless temperature sensing scheme | |
| Tran et al. | Hybrid solar-RF energy harvesting mechanisms for remote sensing devices | |
| Wang et al. | Extended efficiency control method for WPT systems in smart grid under loose coupling extremes | |
| CN108448746A (zh) | 微波输能系统的微能量采集及最大功率输出装置及方法 | |
| Sangare et al. | RF energy harvesting for WSNs via dynamic control of unmanned vehicle charging | |
| CN113949173A (zh) | 一种车载无线传感器网络自供能系统及工作方法 | |
| CN107004310A (zh) | 用于在访问控制系统中管理收集到的能量的方法和系统 | |
| CN108879869B (zh) | 基于负载特性的无线充电系统原边控制方法及其实现系统 | |
| Zhao et al. | An energy harvesting system surveyed for a variety of unattended electronic applications | |
| Gill et al. | Energy harvesting sensors based internet of things system for precision agriculture | |
| CN205160138U (zh) | Agv的无线充电系统 | |
| Nguyen et al. | A novel framework of hybrid harvesting mechanisms for remote sensing devices | |
| Le et al. | Plug-in multi-source energy harvesting for autonomous wireless sensor networks |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |